毕业设计（论文）-谐波对电网设备的影响

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1、湖南工业大学毕业设计（论文）第1章绪论1.1谐波的基本概念国际上公认的谐波定义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数”。由于谐波的频率是基波频率的整数倍，我们常称为高次谐波。根据这个定义，频率不是基波频率整数倍的畸变波形称为间谐波(interharmonics)、分数谐波(fractional---harmonics)和次谐波(subharmonics)。在电力系统中，波形畸变现象的产生主要是由于大容量电力设备和用电整流或换流设备，以及其他电力电子设备等非线性负荷造成。当正弦基波电压施加于非线性负荷时，负荷吸收的电流与施加的电压波形不同，

2、畸变的电流影响电流回路中的配电设施，如变压器、导线、开关设备等。在实际存在系统电源阻抗时，畸变电流将在阻抗上产生电压降，因而产生畸变电压，畸变电压将对负荷产生影响。这些电力设备或用电设备负荷从电力系统中吸收的畸变电流可以分解为基波和一系列的谐波电流分量，这样就产生了谐波电流，这些谐波电流注入电网，就形成了电网谐波。这些谐波电流值实际上与50HZ基波电压值和供电网的阻抗无关。因此，对大多数谐波源可视作为恒流源，它们与50HZ基波不同，后者大多是恒压源。根据谐波产生的原理不同，谐波源可分为两大类：（1）含有半导体元件的各种电力电子设备的谐波源含有半导体元件的各种电力电

3、子设备的谐波源工作时按一定的规律开关不同的电路，使正弦电流(或电压)波形发生畸变，将谐波注入电网中，这种方式产生的谐波电流与供电电压波形、电力设备的电路结构及参数和控制方式有关。近年来电力电子设备的迅速发展，这类谐波源成为最严重的谐波源。从相数分有单相和多相；从功能分有整流、逆变、交流调压和变频等。如整流设备、交直流换流设备、变压器、直流拖动设备整流器、PWM变频器、相控调制变频器以及现代工业为节能和控制用的电力电子设备等。（2）含有电弧和铁磁非线性设备的谐波源53湖南工业大学毕业设计（论文）含有电弧和铁磁非线性设备的谐波源所产生的谐波电流与供电电压波形和负荷的伏

4、安特性有关。如交流电弧炉、交流电焊机、日光灯和荧光灯等含有电弧的设备与它的工作周期和过程有关。变压器和发电机等含有铁磁的设备，电流谐波的含有率与它的铁芯饱和程度有直接关系。正常运行时，电压接近额定电压，轻度饱和，谐波含有率不高，若在轻负荷运行时，运行电压偏高，铁芯饱和程度加深，谐波含有率提高。特别是近年来，为了减少单位设备容量成本，使设备尽量在饱和状态下运行，这更加加大了变压器所产生的谐波，为电网谐波治理加大了难度。1.2谐波的危害1.2.1谐波对电网设备的影响随着电子技术的快速发展，非线性电力设备的种类、数量和比重日益增加，它们产生的谐波对电力系统的污染日益严重

5、。谐波对电网设备的影响，就其结果来说，可分为两类:对电力设备的影响和对电网中电子设备的影响。第一类:对电力设备的影响，主要表现在造成设备损坏、缩短设备寿命，降低效率和增加损耗等。如对电机和变压器的影响主要表现为引起附加损耗、产生机械振动。由于引起附加损耗，从而产生附加温升，产生局部过热，加速绝缘老化，缩短电机的使用寿命。谐波对输电系统的影响是由于增加了电流的有效值而引起的附加输电损耗和谐波电流在各种电路阻抗上产生谐波电压降。另外，对电容器组的影响更加严重，主要是引起谐波电流和电压放大，有时还可能发生串联和并联谐振，从而大大增加电容器的损耗，常常导致电容器击穿和损坏

6、。第二类:对电网中电子设备的影响，主要是对计算机、继电保护、自动装置、仪表和通信等设施的影响，它可以造成设备的工作失误或性能劣化。如对继电保护和自动装置受谐波的影响表现为:当装置动作于电压或电流信号时，还未达到整定动作值的基波分量能和较大谐波分量叠加，使它形成的综合动作值超过整定值而误动作。当装于差动电路、零序电路或负序电路的继电器或启动元件，它所接受的动作电流或电压仅为电流或相电压的一个很小的百分数，故整定动作值都很小，它的动作电压和电流中的谐波含有率达到很高值，从而使得这些装置对谐波很敏感。1.2.2谐波对电能计量的影响（1）谐波对感应式电能表本身的影响感应式

7、电能表由电压线圈，电流线圈，转动元件和计量元件组成。电压线圈和电流线圈相互产生一个磁场力，驱使转动元件转动，驱动转矩为MP=C1UICOSφ，其转速和功率成正比。电磁式感应电能表是按基波电压和电流的情况设计的，没有考虑谐波的情况。在负荷电压下，电流不变时，当频率变化时，由于电压线圈阻抗的变化，同时由于转盘的变化会使电流磁通也发生变化，从而影响电能表的测量精度[1]。53湖南工业大学毕业设计（论文）另外，当谐波电流存在时，谐波与基波相迭加，波形就会发生畸变，而由于电压、电流线圈铁芯导磁率的非线性，在电压、电流发生畸变时，磁通并不能相应地线性变化，从电能表的工作原理可

8、知，只有同